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△RCA CIeaning（OSF）
▲RCA Cteaning（SP）
oAnode／Cothode cleaning C．匪…．（OSF）
●Anode／Cothode cleaning C．E．（S．P）
OArlode／Cothede cteaning lr．E．（OSF）
置Anode／Cothode cleanirlg lrE．（SP）
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Poly Si Si◎2
Sphen Water ma血
Pit（scratch）
Trench
（a）Main poly−Si CMP removal process step
−一一 ＝@ −一｝（lrganic film
｝Siq
（b）Post−C1＞旺）cleaning Process step
o o o ．9．． o O
…；i嚇i；；
Siliα五
ib）Post−CMP
｝ Organic film
｝si・02
Silica 層P団y7Si
（c）Cathode water cleaning Process step
．／−Si°・film
｝Sio，
』Poly爵Si
（d）Anode water cleaning process step
図6−7 洗浄モデル
ン表面をセルロ・一ス膜で覆うことでポリシリコン表面上のダストの吸着とウォ ーターマークの形成が抑制できる．しかし，比誘電率ボ約7．0と高いシリコ ンナイトライド膜上にはセルロース膜を介して多くのパーティクルが吸着して いる状態である．カソード水はOrイオンを大量に含んでおりCMP後に残留 パーティクルを除去する効果がある．カソード水を洗浄モジュールの1段目に おけるPVAロールブラシ洗浄中にウェーバ上に供給することで，その還元力 により，図6−7（c）に示すようにシリコンナイトライド膜表面にセルロー ス膜を介して吸着しているダストを除去させるものである．すなわちアニオン 界面活性剤と同等の作用を期待したからである．この時のセルロース膜はカソ ード水によってエッチングされて薄くなっている．
次に0、を多く含んだアノード水をメガソニックノズルで活性化して2段目 の洗浄モジュールに供給し，ウェーバ表面に残留するセルロ・一ス膜をアノード 水中の02により酸化して除去し，現れた活性なポリシリコン表面を酸素イオン で酸化して保護膜を形成させることを目的として洗浄を行なう．この状態では ポリシリコン表面へのダストの再吸着やウォーターマークの形成が生じるため セルロース膜を除去して現れたポリシリコン表面はすぐに酸化されて図6−7
（d）に示すような状態になるものである．1°・13）
6．5 結言
第6章では，ポリシリコンCMP後の洗浄に電解イオン水を用いた新しい洗 浄方法を適用し，CMP工程と連続して行なうフィールド酸化プロセスにおけ
る金属汚染の除去効果と結晶欠陥の関係を実際に製作した試作デバイスウェー バを用いて検討した結果についてまとめた．
Hyper炭素電極を使用して電気分解したアノード水とカソード水の洗浄
能力は非常に高く，CMP後にウェーバ上に残留したスラリー一一一・残りなどのダス
る．このために，洗浄時間を長くすることで一部のセルロース膜がエッチング され，露出したポリシリコンがエッチングされて凹凸が形成されることが判明 した．したがって，洗浄時間の最適化と管理が重要である．実際に電解イオン 水をCMP後洗浄に使用した場合，トレンチデバイスプロセスに与える影響に ついて検討を行なった．電解イオン水洗浄をCMP後洗浄と酸化前洗浄を兼ね た工程に適用した結果，RCA洗浄，金属電極イオン水洗浄で発生した欠陥の 発生は無く，トレンチCMP後洗浄に適用できることが判明した．
また，結晶欠陥を発生させる金属濃度は酸化膜中に残留する平均の濃度につ
いても本実験から明らかになった．Fe〈5×101°atoms／cm2，Cu
〈5×109atoms／cm2，Cr〈2×1010atorns／cm2にそれぞ
れ制御することで，トレンチ構造のウェーバ上におけるOSFやSP等の欠陥
発生密度がHyper炭素電極を用いていない電解イオン水洗浄やRCA洗浄
において8×105個／cm2発生していたものが，Hyper炭素電極を用い
た電解イオン水洗浄を施すことで1×103個／cm2以下に抑制できることが判明した．
・）R．Jai・ath， AP・nt， TB．Withers， W．K，usell， Lin。ti， pl。n。rizati。曲r CMP ， Solid State Technology！October，（1996）107．
2）NMiyashita， M．Shimomura， YMinami，1．Katakabe， HNojyo， H．Ohashi，
M．Abe， A new post CMP cleaning method for trench isolation process Symp．
Proc． CMP−MIC（1996）161．
3）宮下直人，下村まり子，片伯部一郎，安部正泰，開 俊一，大橋裕之， Poly Si CMPと後処理方法 Clean Technology 10日本工業出版（1995）24
4）NMiyashita， YMase， J．Takayasu， YMinami， M．Abe， T． Izumi，
Mechanism of a new post CMP cleaning for trench isolation process ； Mater． Res． Soc． Symp． Proc．566（1999）260．
5）宮下直人，植草 新一郎，勝俣 裕，小寺雅子，松井嘉孝： 炭素電極を使 用した電解水によるトレンチポリシリコン洗浄プロセスの検討 電子通信情報 学会論文誌 2004掲載決定．
6）M．W．Jenkins， A New Preferential Etch for Defects in Sil icon Crystals Electroche血cal Society Vbl．124， No．5（1977）757．
7）堂山昌男 訳： 格子欠陥 ，固体物理シリーズ 丸善固体物理シリーズ1，
161
8）宮下直人，安部正泰， デバイス製造の立場からみた機械的プラナリゼーショ ン加工の現状と課題 精密工学会誌62，No．4（1996）491．
198
10）N．Miyashita， S．Uekusa， H．Katsumata， CharacteriZation of a new cleaning method using electrolytic ionized water for p oly si］icon chemical mechallical pohshing process Jan． J． Appl． Phys．41（2002）5098．
11）MShirakashi， K．ltoh， 1．Katakaba， M．Tsujimura， T．Saitoh， K．Yamada， N．
Miyashita， MKodera， Y．Matsui， The characteristics of the electrolyzed D．1．
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12）M．Shirakashi， Kltoh，1．Katakaba， M．Kamezawa， S．Kihara，
MTsujimura， T．Saitoh， KYamada， N．Miyashita， M．Kodera， Y．Matsui，
n）echnique of surface control With the electrolyzed D．1． water fbr post CMP deaning． Mater． Res． Soc． Symp． Proc．612（2000）D11．2．1．
13）N．Miyashita， S．Uekusa， H．Katsumata， M．Kodera，
YMatsui， lnvestigation of Poly Si trench cleaning process using electrolytic ionized water With carbon electrode Jan． J． Appl． Phys．投稿中．
14）宮下直人，植草新一郎，松井嘉孝，小寺雅子， 電解イオン水を用いたポリ シリコンCMP後洗浄 第61回応用物理学会学術講演会予稿集（北海道工業 大学）2000
15）宮下直人，植草新一郎，松井嘉孝，小寺雅子， 電解イオン水を用いたポリ シリコンCMP後洗浄 第48回応用物理学学術講演会予稿集（明治大学）2001
16）NMiyashita， YMina血，1．Katakabe， J．Takayasu， M．Abe，
Characterization of new post CMP cleaning method for trench isolation process 10th International Conference on Sohd Surfaces ICSS−10 UK．
第7章 新ポリシリコンCMP技術を用いた
バイポーラトランジスタの素子分離特性
7．1 緒言
第7章では第3章から第6章で述べたように，CMP法を用いた新しい平坦 化技術と電解イオン水洗浄技術をトレンチ形成プロセスに適用して作製したバ イポーラトランジスタ素子1）『4）の電気特性についてまとめた．特に結晶欠陥が 影響を与える素子分離特性に関しても述べる．
7．2 高速バイポーラLSIプロセスにおけるトレンチ欠陥抑制技術
高速バイポーラLSIにトレンチによる素子分離プロセスを導入する際には これまで述べてきた，酸化前の金属汚染を除去することが重要である．
さらに，実際にデバイスを作成する場合，加工の過程において結晶欠陥の発 生につながるトレンチ部分のストレスの緩和が必要である．本章では，ストレ スの緩和を目的として行ったトランジスタの配置の実験結果について述べると 共に，対策を実施した後に作製したトランジスタの特性を評価した結果につい
ても報告する．
7．2．1 トランジスタの配置とトランジスタ部のストレス
トランジスタを平面状に配置するに当たりトレンチとトレンチの間隔を一定 に保つことが必要である．これはトレンチとトレンチを近づけることでそれぞ れのトレンチの周辺に加わっているストレスが互いに影響し，転位欠陥5）を発 生させるためである．トレンチが持っているストレスとは，トレンチ側壁を酸 化時に生じた熱ストレスと酸化膜の体積膨張に起因する格子の歪である．この ストレスの緩和方法としてトレンチとシリコンナイトライド膜（Active
よる格子の歪を緩和させることが必要である，6）
図7−1に製作したトランジスタの断面概略図を示ず．図7−2にはこのト ランジスタを作成したNPNトランジスタの素子分離プロセスのフローチャー トを示す．基板にはP型シリコン（100）（低効率；2〜4Ωcm）ウェーバ を使用した．Buried層はSbを含有した塗布膜をウェーバ前面に塗布し，
塗布層を拡散源としてウェーバ全面にSbを拡散して形成した．拡散後に塗布膜 を除去し，エピタキシャル成長により活性層（N型）を形成した．この活1生層
の厚さは約5μrnである．エピタキシャル層の上を100nm酸化後，100
nmのシリコンナイトライド膜をLP−CVD法で形成してパターングを行い，
トランジスタ部分を保護するアクティブマスク膜を形成した．次にトレンチ工
程を説明する．RIEのマスク材となるSiO2膜をプラズマCVD法により形
成した。トレンチパターンを形成後にRIE法でシリコントレンチを形成した．マスク材をウェットエッチングで剥離し，トレンチとフィールド領域を同時に
500nm酸化した．7）酸化後にLP−CVD法によりポリシリコンを成膜し
てトレンチを埋め込んだ．8）
その後，第3章で述べたディッシングレスCMPを行い，平坦化した後に第 4章から第6章で述べた界面活性剤と電解イオン水を用いた洗浄を行い，トレ ンチ表面を酸化してトレンチエ程を終える。トレンチ形成後にアクティブマス クを剥離し，ベース，エミッタ，コレクタをインプランテ・一…ションとアニール を繰り返し行い形成した．9）−1°）CMP後のトレンチ表面酸化時にはウェーバ 表面は洗浄されており，金属イオンは残ってないため，金属イオンを核とした 積層欠陥の発生は見られなかった．11）−13）
7．2．2 バイポーラトランジスタにおけるトレンチの配置に関する実験
トレンチ部に発生したストレスの影響を受けないトレンチとトレンチの距離
（WTT）および，トレンチとアクティブマスクの距離（WTL）を求めるために
隙購醗繭距離購鱗壌轡購
図7−1 評価に使用したトランジスタ断面概略図
ε剛翻l Bur閥ヒa卿
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牌瞬聯
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纏熱難灘
匹〔囑脾一
1．，V
1麟難懇
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